基于蒙特卡罗模拟的拉萨城区土壤重金属健康风险评价

由于城市化的快速发展,城区土壤中重金属(HMs)的污染问题,目前已成为环境和人类健康风险的主要问题之一.为科学地评价城区土壤重金属的健康风险,降低评价结果的不确定性,研究以拉萨城区土壤为研究对象,将蒙特卡罗模拟引入USEPA模型,构建了土壤重金属不确定性健康风险评价模型.研究表明,拉萨城区表层土壤中Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、As、Hg的含量均值分别为20.25、66.07、35.90、17.35、22.70、0.10、25.64、0.07 mg·kg^(−1).除As和Zn外,均未超过拉萨市土壤背景值,污染负荷指数(PLI_(zone))为0.83,整体为无污染水平.健康风险评价结果表明,拉萨城区表层土壤中,HMs对儿童和成人的总致癌风险(TCR)分别为1.30×10^(−5)—7.60×10^(−5)和1.03×10^(−5)—8.15×10^(−5),处于可接受水平;总非致癌风险(HI)分别为1.82×10^(−1)—1.27和3.91×10^(−2)—3.57×10^(−1),成人均处于可接受水平,但儿童可能存在3.61%的概率高于风险阈值;其中As是最主要的风险元素,皮肤接触和经口摄入分别是成人和儿童的主要暴露途径,皮肤黏附系数和体重分别是成人和儿童的主要影响参数.该模型可有效的降低健康风险评价中的不确定性,更加精确地反映区域健康风险状况,并能获取优先控制因子和暴露途径等信息.

MCM—22型分子筛中苯分子吸附行为的蒙特卡罗模拟研究

用巨正则统计系综蒙特卡罗模拟方法研究了纯硅MCM-22型分子筛(ITQ-1)中苯分子的吸附行为.结果表明苯分子在ITQ-1型分子筛中主要存在4个吸附位点.从苯分子粒子分布云图上可以看到苯分子的扩散和吸附主要在12元环超笼内发生.在苯分子的扩散过程中,S2位置附近的苯分子分布较为集中,而S3和S4附近的苯分子分布则较为离散.苯分子通过10元环窗口的运动路径势能面的计算结果表明,苯分子在12元环超笼内可以较为自由迁移,而通过10元环窗日从一个超笼扩散到附近的超笼时则需要较高的激发能量,这个能量大约为100kJ/mol.

基于临床实例的影响蒙特卡罗程序MCNP计算精度和速度的若干参数模拟研究

蒙特卡罗方法是目前最精确的剂量计算方法,但其较长的模拟时间阻碍了它在临床治疗中的应用。基于蒙特卡罗程序MCNP4c,针对一临床头部病例,探讨了记数方法、电子和光子截断能、光子产生次级电子参数ENUM对计算速度和精度的影响,给出了在保证一定精度前提下的最佳计算模式,以获得计算速度的有效提升。

噻吩分子及其与异辛烷二元混合物在MCM-22分子筛中吸附的蒙特卡罗模拟

应用巨正则蒙特卡罗模拟方法研究了噻吩分子以及噻吩与异辛烷混合物在MCM-22分子筛中的吸附和分布.通过模拟获得了噻吩分子在MCM-22分子筛中不同温度(298、363和393K)下的吸附等温线和等量吸附热,以及298K时噻吩和异辛烷分子二元混合物在MCM-22分子筛中的吸附及分布情况.结果表明,吸附温度和吸附压力对噻吩分子在MCM-22分子筛吸附都有影响,但等量吸附热受温度和吸附量影响较小.对于二元混合物的吸附,噻吩和异辛烷在分子筛中存在竞争吸附过程,噻吩能够大量吸附在MCM-22分子的十元环和超笼中,而异辛烷主要吸附在MCM-22分子筛的超笼系统,从而可以将噻吩分子与异辛烷分子分离开来.

EDXRF分析废水溶液中Cd元素的检测条件的MC模拟

工业废水排放是造成水系中重金属元素Cd污染的重要因素,如排放不当可能会造成严重的环境污染,人长期食用Cd污染环境中的农作物或者水生生物,会引起各类疾病,对身体造成严重的伤害,所以及时检测重金属元素Cd含量对工业废水的处理与排放十分重要。与传统检测方法比,能量色散X射线荧光(EDXRF)分析具有速度快、不损坏样品、操作简单、仪器体积小等优点,更加适合应用在工业废水处理现场,实现对工业废水中重金属元素的快速检测,为工业废水的处理提供依据。开展EDXRF法现场快速检测工业废水中Cd元素含量影响因素的研究,检测对象是未经处理流动的工业废水,为了不影响工艺流程,废水样品将流过一段工艺管道,EDXRF检测装置将安装在工艺管道外部,推导了管道为方形管道,X射线源和探测器分别垂直位于方形管道两个相邻平面时,X射线荧光分析的数学模型,仿真分析了不同管道几何参数和“源-样-探”几何位置对待测元素Cd特征X射线照射量率的影响,通过蒙特卡罗方法模拟验证理论分析的准确性,并得出方形管道样品的最佳激发-探测装置及其优化参数。文中根据建立的数学模型进行MATLAB仿真研究,工业废水溶液设定为Cd元素浓度为100000μg·mL^(-1),介质为浓度为1.09 mol·L^(-1)的HNO3的溶液,设定入射光射线能量为40 keV,带入参数计算,得到管道壁材料、管道壁厚、探测器高度、X射线源水平距离对标样中待测元素Cd特征X射线照射量率变化趋势的影响。同时建立蒙特卡罗模型,模拟研究了源出口到样品侧面水平距离与准直器直径、“源-样”距离、“样-探”距离、探测器高度、管道壁厚度和管道壁材料对样品中待测元素Cd特征峰净峰面积和峰背比的影响,得到管道壁厚度在工艺允许的条件下尽可能的薄,常见管道材料选择聚丙稀酸脂塑料作为管道材料更佳,“样-探”距离为1mm,“源-样”距离和探测器高度在客观条件,比如器件几何尺寸,器件固定条件等允许的情况下,越小越好,当源出口到样品侧面水平距离为2.8 mm,准直器直径为2 mm,Cd的特征峰的峰背比和净峰面积会有一个最佳值。

基于蒙特卡罗模拟的透射式XRD背景的定量分析

XRD背景主要来源于空气、装置和样品中光子的散射,XRD分析需准确扣除背景,常用的扣背景方法具有一定的局限。蒙特卡罗模拟可实现光子的甄别与统计,因此可将其用于XRD背景来源的定量分析。相干散射的模拟中需考虑物质的Form Factor,这可由Baró等的拟合式、独立原子模型或德拜公式给出;在20 keV能量及透射几何模式下,通过对骨、尼龙、水等物质的XRD模拟,对探测器中光子来源进行了区分和统计。结果表明,德拜公式计算的空气背景大于独立原子模型;空气散射在小角度时背景占比大,随散射角的增加从100%减小至40%以下,而样品中康普顿散射的计数占比则从0增大至60%以上。该方法可对不同样品组成以及复杂装置结构的XRD背景进行定量分析。

基于碎片云运动模型的缓发γ射线电离大气蒙特卡罗模拟

高空核爆炸碎片云释放出的缓发γ射线在高空非均匀大气的输运过程中电离大气,使得电离层中电子数密度剧增,进而影响途经电离层的无线电通信链路。为了准确描述随时空演化的缓发γ射线源电离大气过程,首先建立高空核爆炸碎片云运动演化的流体力学模型,然后根据碎片云参数建立缓发γ射线分层等效体源模型,最后采用蒙特卡罗方法模拟缓发γ射线在高空大气中输运并电离大气的过程。针对碎片云形状时空演化特性,采用辐射源分层抽样的方法得到缓发γ射线初始位置;针对大气密度随高度指数衰减的特性,采用质量厚度抽样方法简化模型、提升效率。结果表明:碎片云形状对缓发γ射线电离大气的范围和强度存在明显影响。兆吨级高空核爆炸缓发γ射线电离大气范围可达千公里以上。当爆高不变而当量增加时,碎片云高度和水平半径增大,缓发γ射线电离大气范围和强度增大。保持当量不变而增加爆高时,碎片云高度和水平半径增大,缓发γ射线电离大气范围增大,但强度有所降低。

耦合变密度地下水流降阶模型与高斯过程的蒙特卡罗模拟

变密度地下水流系统受水力梯度和密度梯度共同驱动,非线性强,数值模型计算量大,尤其在开展不确定性分析时需要的计算成本很高。常规的数据驱动机器学习方法只能对点监测信息进行模拟分析,不能模拟整个地下水流系统。本研究发展了变密度地下水流降阶模型,利用高斯过程模型对降阶模型的数值误差进行修正组成耦合模型。耦合模型既能克服高斯过程只能模拟有限监测点信息的缺陷,又能提高降阶模型对监测点信息的模拟精度。考虑二维剖面变密度地下水流案例,将渗透系数场设定为空间随机变量,采用基于全阶模型(FSMC)、降阶模型(ROMC)和耦合模型(GP-ROMC)3种蒙特卡罗模拟方法进行不确定分析。研究结果表明:(1)ROMC能替代FSMC开展不确定性分析;(2)水头和盐度的平均相对二范误差与降阶模型维度的关系可用指数函数描述(决定性系数R2≥0.99);(3)GP-ROMC对监测点信息的模拟精度比ROMC高,GP-ROMC可有效修正降阶模型误差提高蒙特卡罗模拟的精度。研究成果可为地下水建模、不确定性分析、风险评估及参数反演等工作提供重要技术支撑。

X射线密度测井屏蔽体的蒙特卡罗模拟研究

密度测井中使用可控X射线源替代137Cs放射源已经成为新的趋势。X射线源强度受靶基上高压影响较大,当高压为350 kV时,密度测量不确定度可以保持在0.01 g·cm-3。为探究适用于350 kV高压X射线密度测井仪器的屏蔽体材料及厚度等参数,利用蒙特卡罗方法研究了X射线穿过不同材料与厚度后的能谱及计数率;并且通过对0~0.15 MeV、0.15~0.35 MeV两个能窗相关响应关系的对比,分析了不同能窗中X射线衰减与探测器计数率差异的原因。另外结合四探测器X射线密度测井仪器实际结构,主要考虑了三部分粒子对探测器的影响,并通过MCNP模拟分析并设计了各部分屏蔽体的放置方式及最佳厚度。研究表明:X射线的衰减无论在高能窗还是低能窗,都随着屏蔽材料原子序数及厚度而增大。选择钨镍铁合金为四探测器X射线密度测井仪器模型的屏蔽材料;在基座与近源距探测器之间设置的屏蔽体厚度为1.75 cm,每个探测器之间放置厚度为0.2 cm的屏蔽体,探测器背部增加0.35 cm厚度的屏蔽体。本研究为X射线密度测井仪研制中的屏蔽材料和结构提供了设计理论和关键参数。

质子治疗对细胞自由基产额影响的蒙特卡罗模拟计算

随着质子FLASH治疗等新兴放疗技术的发展,细胞受辐照后生物学效应的不确定性成为急需解决的难题。由于缺乏对物理-化学阶段机理的完整理解,目前的模拟工作仍然以调整化学参数使自由基产额与实验数据相匹配为主。作为一个不断发展的蒙特卡罗软件,Geant4能够在纳米尺度上模拟入射粒子在短时间内通过物理和化学相互作用引起水分子辐解的过程。基于Geant4软件构建了一个简易的细胞模型,模拟了细胞靶体内自由基产额受辐射粒子影响的情况,并对靶内自由基产额的变化趋势进行了详细计算。研究表明,随着LET的逐渐增大,自由基OH^(·)的数目占比从25%下降到10%左右。当考虑质子FLASH透射治疗时,使用25%的自由基OH^(·)数目占比作为化学损伤参数去评估细胞DNA损伤将会更为合理。同时,两种活性氧自由基O_(2)^(·)和O_(2)^(-)在超高剂量率下的产额G(t)随模拟时间的发展都出现了不同程度的升高。研究结果阐明了不同治疗深度下细胞靶体内自由基产额随时间和粒子能量的变化情况,揭示了模拟工作中质子FLASH治疗在布拉格峰区和坪区应该采用不同的化学损伤参数。

基于蒙特卡罗模拟优化不同肾功能分级患者的利伐沙班抗凝方案

目的优化不同肾功能分级患者的利伐沙班抗凝给药方案。方法根据利伐沙班药品说明书及患者实际服药情况设定给药方案,根据河北省人民医院患者利伐沙班谷浓度参考范围及国际血液学标准化委员会推荐的利伐沙班实验室监测浓度参考范围,设置目标浓度范围区间及分段区间,采用OracleCrystalBall软件(V11.1.2.4),通过蒙特卡罗模拟考察不同给药方案的利伐沙班稳态谷浓度落在各目标浓度范围区间的中靶概率。结果共纳入非瓣膜性房颤患者97例,其检测利伐沙班稳态谷浓度125次、中位稳态谷浓度为32.2 ng/mL;共纳入静脉血栓患者121例,其检测利伐沙班稳态谷浓度159次、中位稳态谷浓度为31.0 ng/mL。非瓣膜性房颤患者的稳态谷浓度参考范围为12~137、3~153 ng/mL,静脉血栓患者的稳态谷浓度参考范围为6~239、3~224 ng/mL。蒙特卡罗模拟结果显示,对于非瓣膜性房颤患者,当肾小球滤过率(eGFR)为0~30mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次5mg,每天1次;当eGFR为>30~60mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次10~20mg,每天1次或每次5mg,每天2次;当eGFR为>60~90 mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次15~30 mg,每天1次或每次5~10 mg,每天2次;当eGFR为>90~120 mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次25~30 mg,每天1次或每次5~15 mg,每天2次。对于静脉血栓患者,当eGFR为0~30mL/min时,不推荐每天使用利伐沙班超过5mg;当eGFR为>30~60mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次5mg,每天1次;当eGFR为>60~90mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次25~30mg,每天1次或每次5~15mg,每天2次;当eGFR为>90~120 mL/min时,其利伐沙班最佳给药方案为每次10~15 mg,每天2次。结论临床对肾功能严重损伤的患者应谨慎选择利伐沙班抗凝。利伐沙班谷浓度参考范围宽泛、个体差异性大,可通过蒙特卡罗模拟方法,结合患者肾功能,个体化选择利伐沙班服药剂量和频次。

基于RF-TOPSIS-MCS的水库水质综合评价方法及应用

在水库管理中,准确评估水质至关重要。然而,数据收集的不确定性和水质因子权重分配的局限性均会对评估结果产生影响。为了解决这一问题,以大伙房水库为研究对象,开发了一种新的水质综合评价方法,该方法结合了随机森林算法(RF)、优劣解距离法(TOPSIS)和蒙特卡洛模拟(MCS)。首先根据实测的月均水质数据,通过MCS生成了一组正态分布的数据集。然后,利用RF赋权为TOPSIS方法分配权重,并借助隶属函数对水质进行综合评价。通过计算分析,得出的结果与辽宁省的月度水环境质量状况报告提供的水质等级相符,这表明此方法能为大型水库的水质评估提供有力的技术支持。

^(238)PuO_(2)中子周围剂量当量率计算及蒙特卡罗模拟

为了在辐射防护时更加仔细地评估238 Pu产生的中子对工作人员的危害,首先,使用多球中子谱仪对3.4 g的^(238)PuO_(2)粉末样品的中子源强度进行了测量,得到平均中子能量为0.57 MeV。其次,根据平均中子能量,分别按照点源方法和体源方法计算了距该样品不同距离处的中子周围剂量当量率。经过计算发现在距离放射源较近时,体源的计算结果要远小于中子点源的计算结果,在距离放射源比较远时,中子点源和体源的计算结果相同。其次,使用经过计量检定的中子剂量当量率仪对距样品不同距离处的中子周围剂量当量率进行了测量,并与中子体源方法的计算结果进行了对比。最后,使用蒙特卡罗软件Fluka分别模拟了平均中子能量为0.57 MeV以及服从麦克斯韦分布的裂变中子的能量的中子周围剂量当量率结果。研究结果表明:使用中子体源方法的计算结果均在中子剂量当量率仪测量结果的范围内;使用Fluka模拟的中子剂量率结果与中子体源方法计算的结果也非常接近,且均在中子剂量当量率仪测量结果范围内。因此,在^(238)PuO_(2)的辐射防护时,可以使用理论计算的方法替代蒙特卡罗模拟。对于其他自发裂变的核素,按照上述方法,也可以计算其中子剂量率。

我国证券行业市场风险度量及发展对策研究--基于改进的蒙特卡罗模拟法

随着金融自由化和新兴技术的发展,各种金融衍生工具层出不穷,中国证券行业迎来了蓬勃发展的同时也面临着更大的市场风险。文章基于六家中国证券上市公司股票交易价格,运用蒙特卡罗模拟法、MC-Box-Cox模型和MC-GARCH模型预测交易日VaR并进行回测检验。研究结果表明,中国证券业面临着较大的市场风险,因此需要采用高置信水平的VaR值进行管理;蒙特卡罗模拟法存在低估市场风险的弊端;MC-Box-Cox和MC-GARCH模型预测效果相对较好,可以很好地度量我国证券行业的市场风险。

社会金融化影响家庭收入分配的微观机制研究——基于异质性收益率的蒙特卡罗模拟分析

本文阐述了社会金融化影响收入分配的微观机制,并利用中国家庭金融调查(CHFS)数据构建了面板数据固定效应模型、基于异质性收益率的蒙特卡罗模拟模型,探究了社会金融化通过金融环境、金融行为以及金融市场渠道对家庭收入分配的影响效应。本文研究结论显示:(1)家庭所处金融环境和家庭金融素养的改善有利于降低家庭收入不平等状况。(2)金融市场中异质性的收益率会导致收入和财富分配不平等分化的加剧。(3)社会金融化推进过程中的金融普惠效应会降低收入和财富不平等分化的速度。根据上述结论,本文从提升金融普惠性、构建公平金融市场环境等角度提出了一些促进共同富裕目标实现的政策建议。

蒙特卡罗模拟中物理模型对质子硼俘获治疗剂量学的影响

比较了蒙特卡罗(MC)软件Geant4中不同物理过程对质子硼俘获治疗(PBCT)的剂量学影响。选取Geant4中FTFP、QBBC和QGSP三种物理过程,构建包含质子硼核反应的质子剂量沉积的模型,比较了80 MeV质子束选取三种物理过程在有无硼时的剂量分布,以及3 MeV质子束轰击纯硼时的核反应产物数据。三种物理过程在有无硼时水模体中的剂量分布无显著差异,一致性较好。FTFP物理过程获得的质子硼核反应产物与QBBC和QGSP物理过程相比差异较大。而QGSP物理过程得到的α粒子的产额、平均能量和能量范围与QBBC物理过程相比与实际情况吻合更好。综合评估三种物理过程中使用的非弹性散射模型以及模拟得到的核反应产物数据,Geant4中的QGSP物理过程更适用于PBCT的MC模拟研究。

基于蒙特卡罗模拟技术的投资项目风险量化分析

近年来,国内投资项目风险分析越来越受到重视,投资项目前期工作普遍要求加强风险量化分析,但在实际操作中缺少风险定量分析的实施指南。本文分析风险量化分析技术特点及适用范围,重点介绍基于蒙特卡罗模拟技术开展风险量化分析的实施步骤、关键参数的确定方法。最后以A项目为例,构建风险评估模型,举例说明不同风险变量适用的概率分布及参数确定过程,并采用蒙特卡罗模拟技术获得风险量化分析结果。研究过程与结论对投资项目风险量化分析有一定的借鉴和指导意义。

应用蒙特卡罗模拟评估及优化脓毒症患者临床阿米卡星的给药剂量

目的采用蒙特卡罗模拟的方法,以抗菌药物PK/PD理论为基础,评价与优化脓毒症患者阿米卡星的给药剂量。方法收集国内外已发表的阿米卡星的药代动力学资料和提取我院阿米卡星对革兰阴性杆菌的MIC分布数据;利用Cristal Ball软件模拟出10000例患者的目标获得概率(PTA)和累计反应分数(CRF)。结果对于脓毒症患者阿米卡星说明书推荐的给药剂量未能达到满意抗菌活性。结论蒙特卡罗模拟法把药代动力学参数和药效学数据结合起来,既考虑了不同个体对药物处置的差异性,又考虑了病原菌耐药性的差异,推荐的给药方案更能实现个体化给药目标,提高临床治疗效果,减少细菌耐药。

基于蒙特卡罗模拟技术的风水火电发电系统的可靠性评估

基于顺序蒙特卡罗模拟(MCS)技术,将风能、水电和火电之间的协调纳入系统可靠性的评估中。首先,引入适当的能源指标来评估协调系统运行中可再生能源的利用率;其次,建立了由水力和火力单元组成IEEE-RTS79作为测试系统,将风电场集成在水电和火电的IEEE-RTS79系统中;最后,测试评估了风电、水力和火力机组的协调对整个系统的可靠性以及对风力和水力利用量的影响。研究结果表明:系统的可靠性和水库的储水量及水电机组数量有关,同时系统的可靠性随着风力渗透率的增加而提高。对改进的IEEE-RTS79可靠性系统的评估分析验证了评估模型的有效性,为电网及系统运行方式的规划提供重要参考。

基于蒙特卡罗模拟的汽车空调故障树分析

为保证汽车空调系统持续稳定地运转,以寻找其最易损坏的部件为研究目标。根据建立的汽车空调系统结构模型,对空调系统结构和工作原理进行分析,在此基础上以空调无法制冷作为顶事件建立故障树模型。根据所建立的故障树模型进行定性和定量分析,定量分析可以计算出顶事件的发生概率以及对其影响最大的基本事件,定性分析可以确定发生顶事件的所有事件集合并对其相关度排序。采用蒙特卡罗模拟对系统结构模型进行仿真分析,验证建树结果的正确性和客观性,最终得出结论为压缩机是空调系统最易损坏部件,应该优化和加强该部件。